基于化學核心素養的青少年科學教育項目
——廣州市“家庭化學實驗100秒”科技教育競賽活動

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(廣州大學附屬中學)

一、歷久常新的競賽活動

廣州市“家庭化學實驗100秒”科技教育競賽活動是由廣州市青少年科技教育協會化學專委會(以下簡稱“化學專委”)創辦的科技教育競賽活動，參賽學生利用家庭常見的化學相關藥品和用具，在100秒的時間內演示一個或一組化學實驗，準確展示、說明一個生活或生產中人們熟悉的事物中包含的化學原理，來提高學生學習化學、運用化學的意識和能力。競賽活動自上世紀八十年代中期創辦以來，已連續舉辦了三十多屆，近年來，參加活動的學校和實驗數量屢創新高，成為廣州市青科教協的傳統優質項目。

二、契合核心素養的活動主旨

“家庭化學實驗100秒”科技教育競賽活動一直秉持這樣的目的：促使學生觀察思考生活或生產中大家熟悉的事物和現象，通過自我設計，使用家庭常見藥品和用品演示一個化學實驗，準確說明其中所包含的化學原理。籍此激發學生的學習興趣，促進學生喜歡科學、學習科學、應用科學和熱愛科學。

對比新頒布的課程標準，化學專委發現，“家庭化學實驗100秒”科技教育競賽活動的主旨高度契合新課程標準。下面以近年的比賽項目予以說明。

1.2016年的“化學知微”

新課標中，化學學科核心素養“宏觀辨識與微觀探析”的表述為：能從不同層次認識物質的多樣性，并對物質進行分類；能從元素和原子、分子水平認識物質的組成、結構、性質和變化，形成“結構決定性質”的觀念，能從宏觀和微觀相結合的視角分析與解決實際問題。而我們2016年的活動主題就是“化學知微”：化學是在分子和原子層次上研究物質的組成、結構、性質及變化規律的自然科學，是一門緊密聯系宏觀和微觀的科學，微小的分子、原子和離子之間發生化學反應時，究竟經歷了怎樣的變化過程：電子發生了得失還是偏移？是原子還是離子重新進行了結合？請設計實驗對某個反應進行研究，利用宏觀可見的明顯現象(如光、電、熱等)來說明反應過程中確實發生了微觀層次的變化。

實驗進行了一段時間后，電流表指針偏轉角度會逐漸減小直至為零。該套裝置持續進行一天后，指針歸零。這是否意味著反應物都已消耗完畢？在負極區加入高濃度的碘水，在正極區加入高濃度的FeCl2溶液，觀察到指針反向偏轉。

實驗用宏觀可見的明顯現象(電流表指針偏轉，溶液顏色變化等)證明了Fe3+和I-確實發生了電子的轉移，電流計的指針歸零時，該反應達到了化學平衡狀態，通過實驗增加生成物Fe2+的濃度，電流表指針反向偏轉，說明兩者發生的是可逆的氧化還原反應。實驗通過多種宏觀表征如：電流表指針偏轉及正極區、負極區溶液的顏色變化，微粒的檢驗及電流計指針歸零的原因分析和改變外界條件使平衡發生移動等深刻揭示：①氧化還原反應的本質是反應物之間電子的轉移；②平衡移動原理：如果改變影響平衡的一個條件(如濃度、壓強或溫度等)，平衡就向能夠減弱這種改變的方向移動。

該實驗選題新穎，反應現象明顯，實驗涉及的化學知識點多。契合主題，利用宏觀可見的明顯現象(電流表指針偏轉，溶液顏色變化等)來說明反應過程中確實發生了微觀層次的變化。

此外，像廣州市培正中學的《丁達爾效應系列創新實驗》、廣州市第五中學的《“消失”的電流——探究H2SO4與Ba(OH)2反應本質》等項目也是高度契合活動主題與核心素養的優秀實驗。

2.2015年的“化學解密”

化學學科核心素養“科學探究與創新意識”要求：認識科學探究是進行科學解釋和發現、創造和應用的科學實踐活動；能發現和提出有探究價值的問題；能從問題和假設出發，依據探究目的，設計探究方案，運用化學實驗、調查等方法進行實驗探究：勤于實踐，善于合作，敢于質疑，勇于創新。2015年“家庭化學實驗100秒”的主題是：“化學解密”：“解密”：通過詳盡的資料搜集和解讀，設計、演示一個或若干個化學實驗，通過嚴密的邏輯判斷和推理，準確說明一個化學原理，展示一個生活或生產中人們所熟悉的事物中所包含的化學原理。

廣東廣雅中學研究了防水和透氣功能共存的以甲基硅酸為基礎的有機硅材料，為了便于使用，有機硅材料一般都先制備成甲基硅酸鈉，甲基硅酸鈉易被弱酸分解，當遇到空氣中的二氧化碳和水時，會生成甲基硅酸，再快速聚合成聚甲基硅氧烷。

3.2017年的“廚房化學”和2018年的“化學反應與能量”

新課標頒布后，化學專委在確定活動主題時更加有意識的聯系新課標學科核心素養，引導參賽學校和師生在學習中重視新課標、實踐新課標。核心素養“科學態度與社會責任”要求：學生應具有安全意識和嚴謹求實的科學態度，具有探索未知、崇尚真理的意識；深刻認識化學對創造更多物質財富和精神財富、滿足人民日益增長的美好生活需要的重大貢獻；具有節約資源、保護環境的可持續發展意識，從自身做起，形成簡約適度、綠色低碳的生活方式；能對與化學有關的讓會熱點問題做出正確的價值判斷，能參與有關化學問題的社會實踐活動。

結合新課標，我們2017年和2018年的主題定為“廚房化學”與“化學反應與能量”。“廚房化學”：化學這門歷史悠久而又充滿無限活力的學科，好像離我們很遙遠。其實，化學是離我們最近的一門學科，她的影子無時無刻不閃現在我們的身旁。生活中的點點滴滴，都是我們與化學打交道的過程。在日常生活中，廚房可以說是化學試劑的一個“基地”。就讓我們走進廚房來揭開它的神秘面紗。一組參賽實驗利用了家庭中常見的微波爐作為反應裝置，研究了水煮花生和油炸花生在相同條件下加熱的情況，發現水煮花生的加熱效果明顯比油炸花生好。淺顯易懂的揭示了極性分子和非極性分子在外界電磁波作用下的變化情況。微波爐加熱食品，食品中含極性分子(如水)越多，極性分子溫度越高，食品被加熱的效率越高。而極性小的分子，如空氣以及陶瓷、塑料、玻璃等容器，微波對其不起作用。廣州市九十七中學的“鋁禁不止”也是創意、原理和展示效果俱佳的優秀項目。

三、豐富多彩的活動成果

每年活動可以發動全市超過50所學校的初三、高一年級約500位同學和老師直接參與，并通過校內準備、預選等使參與師生超過3000人，并通過成果巡展等輻射學生超過五萬人。

當前的各種化學競賽、活動，基本都是以紙筆測試的形式呈現，本活動則重點突出考察學生的實驗動手能力，促進學生的全面發展。以目前資料來看，這項活動不僅是全國首創，迄今為止也未在國內其他省市發現類似的比賽活動。

活動的另一個主要成果就是以參賽學生為核心，通過比賽觀摩、項目巡展、微信公號多種形式對學校、家庭和社會進行化學原理的輻射，全面提高學生、家庭和社會全民的科學素養。

新課標的核心素養立足高中學生的化學學習過程，各有側重，相輔相成。“宏觀辨識與微觀探析”要求學生形成化學學科的思想和方法；“科學探究與創新意識”從實踐層面激勵學生勇于創新；“科學態度與社會責任”進一步揭示了化學學習更高層次的價值追求。我們化學專委將繼續在新課標的指引下，立足一線教學實踐，將化學教學的有效性和課外活動的趣味性緊密結合，為提高學生對現代生活和未來發展的適應能力，充分發揮化學課程的整體育人功能，全面發展學生化學學科核心素養做出自己的貢獻。